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【数据结构】带头 + 双向 + 循环链表(增、删、查、改)的实现 _【附源码、图片示例】_ [初阶篇 _ 复习专用]

作者:Dream-Y.ocean
  • 2022 年 9 月 19 日
    广东
  • 本文字数:5109 字

    阅读完需:约 17 分钟

前情提要


本章节是数据结构带头+双向+循环链表的相关知识~


接下来我们即将进入一个全新的空间,对代码有一个全新的视角~


以下的内容一定会让你对数据结构有一个颠覆性的认识哦!!!


❗以下内容以C语言的方式实现,对于数据结构来说最重要的是思想哦❗


以下内容干货满满,跟上步伐吧~




💡本章重点

  • 链表的概念

  • 带头+双向+循环链表的结构

  • 带头+双向+循环链表的优势

  • 带头+双向+循环链表的实现



🍞一.链表的概念

🥐Ⅰ.什么是链表

  • 链表是一种物理存储结构上非连续非顺序的存储结构

  • 数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的


综上:


  • 链表也符合我们在顺序表中提及的线性表,即链表也是线性表的一种

🥯Ⅱ.总结

✨综上:就是链表的概念啦~


➡️简单来说:链表是逻辑结构上类似于顺序表的连续的结构,但实际物理结构是不一定连续存储的


🔍以上内容可考古上篇:【数据结构】单链表(增、删、查、改)的实现 [初阶篇_ 复习专用]




但今天,我们终点来看看链表的==终极形态==:带头+双向+循环链表



🍞二.带头+双向+循环链表

🥐Ⅰ.结构

逻辑结构

🥐Ⅱ.优势

💡通过上图,我们可知:双向带头循环链表


  • 1️⃣带头:带有头结点(哨兵位),头结点一般不存储值,只存指向下一个(上一个)结点的地址

  • 2️⃣双向:每一个结点既有前驱指针(Prev)又有后驱指针(Next)

  • 3️⃣循环:链表的逻辑结构整体上是循环的


➡️简单来说


带头双向循环链表较单链表的优势在于:


🔴单向双向


  • 单链表仅仅仅仅只能通过访问后驱指针(Next)从一个方向【由头到尾】去访问每个结点,难以从某个结点去访问回上一个结点

  • 而双向链表因为同时具有前、后驱指针,便可以很灵活地访问任意结点的上一个结点


🟢带头不带头


  • 若不带头结点,每次对链表执行操作时,都通过第一个结点开始操作,很容易误判链表一&二级指针接收的问题【即是否需要改头指针指向的问题】

  • 若带上头结点,就没有上述的问题出现了,因为头指针永远是指向头结点,头指针的指向不会发生改变,就无需担心上述问题了


关于一级指针or二级指针接收相关问题详解,可点击跳转


🟡循环


  • 链表的循环结构是由双向【前、后驱指针】这个特点形成的


👉综上:


  • 因为带有双向+循环结构,此时的头结点也是可以看作最后一个结点的,因为最后一个结点的next指向的就是head


✨有了以上对链表的概念后,我们便可以实现它啦~

🥐Ⅲ.实现

💡结点: 我们所创建的结点都是从堆区上申请空间的


➡️简单来说: 使用动态开辟在堆区上开辟一个结点的空间


Tips: 关于动态开辟不熟悉的同学可以跳转去🔍【C语言】动态内存管理 [进阶篇_ 复习专用]查看呀


typedef int LTDataType;    typedef struct ListNode{    struct ListNode* next;    struct ListNode* prev;    LTDataType data;    }ListNode;
复制代码


👉由上述我们可知:


结点本质是结构体类型,结构体内包含了数据域前驱指针后驱指针域


  • LTDataType data;用来存储数据

  • struct ListNode* next;是用来指向下一个结点

  • struct ListNode* prev;是用来指向上一个结点


综上:


  • 链表可以根据存储的数据多少实现随时创建结点【动态开辟】进行链接,不会存在空间的浪费

  • 所以下面我们实现链表的接口


❗此处我们实现的是基础的带头双向循环链表



🍞三.链表插口实现

对于数据结构的接口实现,一般围绕的内容


💡如下的实现围绕此原码进行:


//创建头结点//头指针指向头结点ListNode* plist = ListInit();
复制代码

🥐Ⅰ.链表初始化

特别注意:


  • 单链表不同,因为带头双向循环链表的头指针指向的是头结点(哨兵位)而非第一个结点,所以需要对头指针进行初始化

  • 但单链表是不需要初始化的,头指针是直接指向第一个结点,即直接指向新创建的结点


1️⃣链表初始化的函数声明:


ListNode* ListInit();
复制代码


2️⃣链表初始化函数的实现:


ListNode* ListInit() {    ListNode* phead = BuyListNode(0);    phead->next = phead;    phead->prev = phead;
return phead;}
复制代码

🥐Ⅱ.创建新结点

1️⃣创建新结点的函数声明:


ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
复制代码


2️⃣创建新结点函数的实现:


ListNode* BuyListNode(LTDataType x){    ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));    node->next = NULL;    node->prev = NULL;    node->data = x;    return node;}
复制代码

🥐Ⅲ.尾插链表

👉简单来说: 对链表尾部链接一个新的结点


➡️实现: 因为结构的优势,可以直接通过访问头结点(pHead)的Prev找到最后一个结点【就不需要像单链表找尾需要遍历】,将此最后一个结点的next指向新的结点


特别注意: 当链表为NULL(空表)的时候,尾插即是在头插


图例:



1️⃣尾插的函数声明:


void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);
复制代码


2️⃣尾插函数的实现:


void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x){    assert(phead);    //找尾    ListNode* tail = phead->prev;
ListNode* newnode = BuyListNode(x);
//插入尾部==四个指针的链接 //如上图所示 tail->next = newnode; newnode->prev = tail; newnode->next = phead; phead->prev = newnode;}
复制代码

🥐Ⅳ.头插链表

👉简单来说: 对链表头部链接一个结点


➡️实现: 直接插入到头结点之后


特别注意:


  • 即使是NULL(空表),也可以实现头插

  • 注意插入顺序,如果顺序反了,会丢失后面结点的地址,找不到后面结点


图例:



1️⃣头插的函数声明:


void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);
复制代码


2️⃣头插函数的实现:


void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x){    assert(phead);    ListNode* first = phead->next;    ListNode* newnode = BuyListNode(x);
////以下代码通用于: 只有一个 头结点的时候,也是可以的 ////体现了结构的优势
phead->next = newnode; newnode->prev = phead; newnode->next = first; first->prev = newnode;}
复制代码

🥐Ⅴ.尾删链表

👉简单来说: 对链表删除最后一个结点


➡️实现: 找到尾结点的上一个结点,并将尾结点释放掉,再将上一结点与头结点相链接


特别注意:


  • 只有一个头结点的时候,即链表为NULL,不可以进行尾删


图例:



1️⃣尾删的函数声明:


void ListPopBack(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣尾删函数的实现:


void ListPopBack(ListNode* phead){    assert(phead);
assert(phead->next != phead);
ListNode* tail = phead->prev; //找尾 ListNode* tailPrev = tail->prev;
free(tail);
tailPrev->next = phead; phead->prev = tailPrev;}
复制代码

🥐Ⅵ.头删链表

👉简单来说: 对链表删除第一个结点


➡️实现: 记住链表的第二个结点,然后释放头结点,让第二个结点链接头结点


特别注意:


  • 只有一个头结点的时候,即链表为NULL,不可以进行头删


图例:



1️⃣头删的函数声明:


void ListPopFront(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣头删函数的实现:


void ListPopFront(ListNode* phead){    assert(phead);
assert(phead->next != NULL);
ListNode* newhead = phead->next->next; ListNode* del = phead->next;
free(del); del = NULL; //不置空问题也不大,因为出了这个函数 这个参数就销毁了
phead->next = newhead; newhead->prev = phead;
ListErase(phead->next);}
复制代码

🥐Ⅶ.查找链表结点

👉简单来说: 对链表进行查找所需的结点


➡️实现: 遍历链表表一一比较查找是否有我们想要的结点


  • 没有,则返回NULL

  • 有,则返回当前结点的地址


1️⃣查找链表结点的函数声明:


ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x);
复制代码


2️⃣查找链表结点函数的实现:


ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x){    //遍历一遍去找    assert(phead);
ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead->prev) { if (cur->data = x) { return cur; } else { cur = cur->next; } } return NULL;}
复制代码

🥐Ⅷ.任意位置删除元素

👉简单来说: 对链表的某个位置进行删除


➡️实现: 释放掉需要删除的结点,并将其前后结点链接在一起


💥特别注意: 删除的位置要在顺序表有效个数的范围内


1️⃣任意位置删除元素的函数声明:


void ListErase(ListNode* pos);
复制代码


2️⃣任意位置删除元素函数的实现:


void ListErase(ListNode* pos){    assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev; ListNode* next = pos->next;
prev->next = next; next->prev = prev;
free(pos);}
复制代码


💡有了任意位置删除元素函数的实现,我们的头删尾删函数便可以复用这个函数来实现了

🧇1.【复用】头删函数

👉复用任意位置删除函数头删函数的实现:


void ListPopBack(ListNode* phead){    ListErase(phead->prev);}
复制代码

🧇2.【复用】尾删函数

👉复用任意位置删除函数尾删函数的实现:


void SeqListPopBack(SeqList* pq){    SeqListErase(pq, pq->size - 1);}
复制代码

🥐Ⅸ.任意位置前插入结点

👉简单来说: 对链表的某个位置前进行插入


➡️实现: 找到要前插的结点位置,将新的结点插入并与前插结点和被前插结点的上个结点链接


💥特别注意: 插入的位置为链表的实际范围内


1️⃣任意位置插入元素的函数声明:


void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
复制代码


2️⃣任意位置插入元素函数的实现:


void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x){    assert(pos);
ListNode* prev = pos->prev; ListNode* newnode = BuyListNode(x); prev->next = newnode; newnode->prev = prev;
newnode->next = pos; pos->prev = newnode;}
复制代码


💡有了任意位置插入元素函数的实现,我们的头插尾插函数便可以复用这个函数来实现了

🧇1.【复用】头插函数

👉复用任意位置插入函数头插函数的实现:


void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x){    ListInsert(phead->next, x);}
复制代码

🧇2.【复用】尾插函数

👉复用任意位置插入函数尾插函数的实现:


❗因为头节点(pHead)的上一个结点就是尾结点,所以可以用头结点的前插,当作尾插


void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x){    ListInsert(phead, x);}
复制代码

🥐Ⅹ.判断链表是否为 NULL

👉简单来说: 判断链表是否除了头结点还有其它结点


➡️实现: 只需要直接判断头结点的下一个结点是否为其它结点即可


  • 链表为:返回true

  • 链表为非空:返回false


1️⃣判断链表是否为空的函数声明:


bool ListEmpty(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣判断链表是否为空函数的实现:


bool ListEmpty(ListNode* phead){    assert(phead);    return phead->next == phead ? true : false;}
复制代码

🥐Ⅺ.统计链表有效结点个数

👉简单来说: 判断除头结点外的结点个数


➡️实现: 遍历链表统计即可


1️⃣统计链表有效结点个数的函数声明:


int ListSize(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣统计链表有效结点个数函数的实现:


int ListSize(ListNode* phead){    assert(phead);    ListNode* cur = phead->next;    int count = 0;
while (cur != phead) { count++; cur = cur->next; } return count;}
复制代码

🥐Ⅻ.打印链表

👉简单来说: 对链表逐个遍历打印


➡️实现: 遍历链表一一打印即可


特别注意:


  • 因为不像单链表的结束标记是NULL,因为是循环结构,所以这里的结束标记为返回到头结点就结束


1️⃣打印链表的函数声明:


void ListPrint(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣打印链表函数的实现:


void ListPrint(ListNode* phead){    ListNode* cur = phead->next;    while (cur != phead)      {        printf("%d ", cur->data);        cur = cur->next;    }    printf("\n");}
复制代码

🥐XIII.销毁链表

👉简单来说: 对链表进行销毁,释放内存空间


➡️实现: 逐一遍历链表结点,然后逐个释放,最后将头结点也释放即可


1️⃣销毁链表的函数声明:


void ListDestory(ListNode* phead);
复制代码


2️⃣销毁链表函数的实现:


void ListDestory(ListNode* phead){    assert(phead);    ListNode* cur = phead->next;
while (cur != phead) { ListNode* next = cur->next; free(cur);
cur = next; } free(phead);}
复制代码

🥯XIV.总结

✨综上:就是带头+双向+循环链表接口实现的内容啦~


➡️相信大家对带头+双向+循环链表有不一样的看法了吧🧡



🫓总结

综上,我们基本了解了数据结构中的“带头+双向+循环链表”:lollipop:的知识啦~~


恭喜你的内功又双叒叕得到了提高!!!


感谢你们的阅读:satisfied:


后续还会继续更新:heartbeat:,欢迎持续关注:pushpin:哟~


:dizzy:如果有错误❌,欢迎指正呀:dizzy:


:sparkles:如果觉得收获满满,可以点点赞👍支持一下哟~:sparkles:



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